大型构件压力试验机电液伺服力控制系统建模与仿真

　　0 引言

　　大型构件压力试验机广泛应用在各种材料试验、建筑构件耐火试验设备等场合，其主要特点是要实现对超大工作力控制,如建筑构件耐火试验设备中对柱梁加载。 这种超大力控制难度在于控制精度、稳定性方面要求高，一旦出现偏差，极易造成重大事故。要满足超大力控制， 本文设计了电液比例溢流阀和带力反馈控制的流量伺服比例阀的电液伺服力控制系统^[1]。

　　液压系统原理图如图1 所示。 为保证系统的控制精度与稳定性要求，由两个闭环控制回路组成。 一是泵源控制，保证系统压力的稳定。系统工作时，首先由比例溢流阀1 控制泵恒压向系统供油， 溢流阀2 起到安全阀作用，当系统压力较低时，比例溢流阀根据压力反馈信号调节系统压力，此时由比例溢流阀主控。

　　二是系统工作力控制回路。伺服比例阀3 主控，实现对试验力的精确控制。此时比例溢流阀作用在于保持系统的工作压力稳定。方向阀4 的作用在于快速卸压作用。 当工作过程中遇到试件被压断或异常情况，由方向阀4 快速卸荷，保证系统不受损害。

　　1 电液伺服力控制系统建模

　　1.1 电液伺服力控制系统原理

　　电液伺服力控制系统原理^[2]如图2 所示。 当指令装置发出的指令电压信号作用于系统时， 液压缸便有输出力， 该力由力传感器检测转换为反馈电压信号与指令信号相比较，得出偏差电压信号。此偏差信号经伺服阀放大器放大后输入到伺服阀， 使伺服阀产生负载压差作用于液压缸活塞上， 使输出力向减小误差的方向变化，直至输出力等于信号所规定的值为止。

　　1.2 基本方程与开环传递函数

　　偏差电压信号为：U_e=U_γ-U_f

　　式中U_r———指令电压信号;

　　U_f———反馈电压信号。

　　力传感器方程为：

　　式中K_fF———力传感器增益;

　　F_g———液压缸输出力。

　　伺服放大器动态可以忽略，其输出电流为：

　　式中K_a———伺服放大器增益。

　　伺服阀传递函数可表示为：

　　式中X_v———伺服阀阀芯位移;

　　K_xv———伺服阀位移增益;

　　G_sv(s)———伺服阀的传递函数。

　　假定负载为质量、弹性和阻尼，则阀控液压缸的动态可用下面3 个方程描述：